Điểm mạnh của động cơ này: Momen xoắn lớn, chạy êm – không gây nhiều tiếng ồn, động cơ tùy chỉnh. Sử dụng Driver để điều khiển (DM542), loại driver này cịn tương thích với động cơ Step 42.
Thông số của động cơ:
Đường kính trục động cơ 6.35mm Góc bước động cơ 1.8 độ Số pha 2 pha Số dây 4 dây Dòng điện 3.0A Điện áp động cơ 24-50VDC Momen xoắn lớn nhất 1.8Nm
Khối lượng động cơ 0.95kg
Nhiệt độ môi trường -20°C - 50°C
Nhiệt độ động cơ 80ºC MAX
Sơ đồ đấu nối động cơ, driver và nguồn điện
4.3. Tính tốn, thiết kế cơ khí 4.3.1 Thiết kế cụm cơ khí trục xy: 4.3.1 Thiết kế cụm cơ khí trục xy:
Kết cấu truyền động cho 2 trục XY mà nhóm lựa chọn cho đồ án là truyền động vitme. Lí do mà bọn em thiết kế như vậy là do khi bọn em đến xưởng chọn vật liêu thi cơng thì có 1 bàn cnc đang làm dỡ mà khơng dùng tới nên chúng em đã chọn là tận dụng làm trục XY bằng bàn trượt vitme để giảm chi phí thức hiện. Cũng vì địi hỏi của đồ án là cần độ chính xác cao mà bàn vitme đã đáp ứng các yêu cầu trên. Bàn trượt XY cho phép chuyển động ngang của các máy tự động hóa thích hợp cho các ngành dược, chế tạo và bán dẫn và cung cấp những chuyển động tự động hóa được điều khiển chính xác.
Bàn trượt vít me XY được sản xuất nhằm sử dụng cho các mục đích chịu tải lớn, thời gian làm việc liên tục và tuổi thọ cao. Sản phẩm này được ứng dụng rất nhiều cho trục XY máy CNC, máy khoan - taro, hoặc các cơ cấu cấp phôi tự động, bàn trượt cho máy phay,....
Bàn trượt XY được thiết kế theo dạng module, giúp tối ưu việc thiết kế máy và giảm thời gian cho công việc này. Bộ cơ cấu trượt phù hợp với nhiều chế độ thiết kế, khả năng ứng dụng rất rộng và tương thích với rất nhiều cơ cấu máy khác. Việc sử dụng vít bi truyền động và động cơ bước (hoặc servo) giúp phù hơp cho các nhu cầu chuyển động tịnh tiến theo bước (chính xác vị trí và khoảng cách) bàn trượt vít me.
Vật liệu Thép
Xử lý bề mặt Anode bề mặt
Gia cơng CNC
Hành trình 150 mm
Thanh trượt Đường kính 10mm
Vít me bi SFU16
Trục vít me (nối động cơ) 8 mm
Size motor 42 (Step motor, servo motor)
Hình 4. 14 Thơng số bàn trượt X
- Khối lượng truc Y: m = 5 kg. - Khối lượng trục X: m = 5 kg.
- Hành trình làm việc: Sx = 150 mm; Sy = 150 mm. - Thời gian hoạt động: Tl=21900 h (5 năm, 12h mỗi ngày)
Kết cấu cụm XY gồm:
- 1 tấm nhôm làm mặt bản in dày 5 li
- 1 tấm trượt được bắt dính với tấm nhơm và 2 bàn trượt XY bằng bu lông - 2 bàn trượt về 2 hướng X và Y
Hình 4. 16 Tấm nhơm bản in
Hình 4. 18 Cụm bàn trượt XY
Ứng suất của trục X tác dụng lên mặt đế máy in
σ =
A
F = 4,4e = 0,4511 N/mm2
Ta cho lực tác dụng lên mặt đế là F = 100 N = m của trục XY Hệ số an toàn (FOS) của phần đế máy là 1,6e = 0,156 N/mm2
Biểu đồ chuyển vị của đế máy
4.3.2 Thiết kế cụm cơ khí trục z:
Trục Z là trục di chuyển nhiều nhất trong q trình làm việc, vì thế nó có yếu tố
quyết đến chất lượng sản phẩm rất lớn vì nó liên quan đến thơng số chiều dày một lớp in, thơng số này ảnh hưởng đến độ bóng cũng như dung sai kích thước về chiều cao của chi tiết.
Thông thường đối với trục Z ta có thể sử dụng truyền động vít me – đai ốc, vít me –đai ốc bi, truyền động đai.
Truyền động đai có ưu điểm là kết cấu nhỏ gọn, hoạt động êm, dễ thiết kế, giá thành thấp. Mà máy in được yêu cầu nhỏ gọn nên chúng em chọn chuyền động cho trục z là dạng xi lanh trục vít.
Xi lanh điện
Xi lanh điện là loại xi lanh có cơ cấu dẫn động tuyến tính (loại cơ –điện) đơn giản là chỉ cần dây dẫn và nguồn điện. Cấu tạo xi lanh điện được sử dụng để chuyển
móc sẽ làm quay vít dẫn. Khi vít dẫn xoay, đai ốc di chuyển dọc theo trục của vít dẫn, hướng đi của đai ốc phụ tùy thuộc vào chiều quay của vít dẫn.
Hình 4. 19 Xi lanh điện
Ưu và nhược điểu của xilanh điện: Ưu điểm:
- Xi lanh điện là thiết bị truyền động điện cung cấp tín hiệu điều khiển chính xác nhất. Các thiết lập của thiết bị có thể mở rộng cho bất kì mục đích, có thể là u cầu về lực, độ yên tĩnh, sự trơn tru hay thậm chí là những cơng việc lặp đi lặp lại. - Mô-tơ được dẫn động chỉ bằng hệ thống dây điện đơn giản.
- Xi lanh điện có thể được nối mạng và tái lập trình một cách nhanh chóng, cung cấp phản hồi ngay lập tức cho việc chuẩn đốn và bảo trì.
- Hiệu suất và độ chính xác cao nhờ việc áp dụng cơ cấu trục vít và đai ốc (vit-me) trong chuyển động của xi lanh.
- Xi lanh điện mini cung cấp cho người sử dụng khả năng điều khiển, kiểm soát tất cả các thơng số chuyển động dưới dạng mã hóa để điều khiển vận tốc, vị trí, mơmen và áp lực.
- Xi lanh điện hoạt động với tiếng ồn nhỏ hơn rất nhiều so với các thiết bị truyền động khí nén và thủy lực.
- Thân thiện với môi trường, bởi cơ cấu chấp hành điện này sẽ không bị xảy ra tình trạng rị rỉ chất lỏng.
- Các bộ bảo vệ an tồn ln lắp sẵn trong mọi dòng sản phẩm, đảm báo vận hành an tồn khi có sự cố q tải.
Nhược điểm:
- Chi phí lắp đặt ban đầu của xi lanh điện cao hơn so với xi lanh động thủy lực và khí nén.
- Hạn chế về mơi trường sử dụng: khơng giống như xi lanh khí nén, có thể sử dụng được trong môi trường khắc nghiệt cũng như khó gặp vấn đề về cháy nổ.
- Đối với xy lanh điện khi động cơ hoạt động liên tục sẽ gặp phải các vấn đề về nhiệt, tăng hao mòn và giảm tốc độ của bánh răng. Động cơ cũng có thể rất lớn nên việc lắp đặt sẽ trở nên khá khó khăn.
- Động cơ xi lanh điện 12V được các nhà sản xuất cài đặt sẵn các thông số về lực truyền động, lực đẩy cũng như tốc độ giới hạn bằng một thiết lập cố định. Bởi vậy, nếu muốn thay đổi các giá trị khác nhau về lực truyền động, lực đẩy và tốc độ, chúng ta phải thay đổi động cơ.
Xi Lanh Điện Động Cơ Bước
Các thông số xi lanh điện được sử dụng trong đồ án lần này là:
- Điện áp hoạt động: 12V/24V/36V/48V - Công suất: 20W (tối đa 30W)
- Lực kéo tối đa: 1300N ~ 130kg - Sử dụng động cơ bước 2 pha size 57 + Loại động cơ: 2 Pha
+ Dòng điện: 1.3A + Số dây điện: 4 dây + Bước góc (độ): 1.8 độ
+ Độ chính xác điện trở: ± 10% + Độ chính xác điện cảm: ± 20% + Nhiệt độ tăng: 80 ° C Max
+ Kích thước (Rộng x Cao): 42 x 50mm - Tốc độ 7 - 60mm/s
- Hành trình tối đa: 100mm
- Nhiệt độ hoạt động: -25 ~ +65 độ C - Chuẩn bảo vệ: IP54
- Tiếng ồn: <45dB
Hình 4. 20 Xi lanh trục Z Lựa chọn kiểu lắp trục z:
Khối lượng của trục z : 6 kg Hành trình di chuyển : 100 mm
Vận tốc di chuyển tối đa: V = 60 mm/s Khối lượng động cơ: 255 g
Nên nhóm quyết định sử dụng 2 panel để giữ chặt động cơ và xi lanh và thiết kế bên trên là 1 thanh ray trượt để bắt giữ cụm trục z cố định gắn với tấm nóc.
Hình 4. 21 Cụm cơm khí trục z
Tính ứng xuất tách dụng lên phần khung máy in:
Chúng em tận dụng phần mềm Solidworks Simulation để tính tốn phần ứng suất của các trục lên phần khung của máy in.
σ = F A = 45,8e = 0,568 N/mm2
Ta cho lực tác dụng lên mặt đế là F = 70 N = m của trục Z
Trong minh họa của trên, ta thấy các giá trị hệ số an toàn từ dưới lên là 0.0e-0 đến 1,632e+005 tương ứng với các sắc độ xanh đến đỏ, điều này có nghĩa là các vị trí khác nhau trên chi tiết máy này có độ an tồn khác nhau. Những chỗ màu vàng cam và đỏ là sẽ bị phá hỏng, những chỗ màu vàng đến xanh đậm là an toàn.
Ứng dụng thông thường, không nguy hiểm đến con người nếu kết cấu hư hỏng: 3 ~ 5
Có thể nguy hiểm đến con người nếu kết cấu hư hỏng: 5 ~ 8 Chắc chắn nguy hiểm đến con người nếu kết cấu hư hỏng: 8 ~ 24 Hệ số an toàn (FOS) của phần trục Z là 3,6e = 0,353N/ mm2
4.3.3 Phần khung máy:
Phần khung máy là 1 trong những phần quan trọng nhất trong đồ án lần này vì đây là máy in được sử dụng trong lĩnh vực y tế. Vật liệu in của máy là mực sinh học dạng gel có chứ tế bào gốc nên vi khuẩn dễ phát triển vì thế cần được bảo quản trong môi trường vô trùng.
Phần khung được thiết kế có độ cứng vững đủ để đỡ các chi tiết, bàn máy, các động cơ, các cơ cấu truyền động và các thanh dẫn trượtv.v… Phần khung không những cứng vứng mà cịn phải đảm bảo đủ lớn để gia cơng các vật thể vừa và nhỏ.
Đối với kết cấu khung máy dành cho máy in 3D, do không chịu tải trọng lớn nhưng cần độ chính xác cao nên nhóm quyết định thết kế khung máy bằng sắt và mica để dễ dàng quan sát quá trình in và định hình của sản phẩm. Cũng để tạo cho máy ở mơ trường kính để khơng bị vi khuẩn thâm nhập làm ảnh hưởng để sản phẩm.